Los investigadores del MIT han diseñado nanosensores que pueden perfilar tumores y pueden dar una idea de cómo responderán a ciertas terapias. El sistema se basa en niveles de enzimas llamadas proteasas, que utilizan las células cancerosas para remodelar su entorno.

Una vez adaptado para los humanos, Este tipo de sensor podría usarse para determinar qué tan agresivo es un tumor y ayudar a los médicos a elegir el mejor tratamiento. dice Sangeeta Bhatia, el profesor John y Dorothy Wilson de Ciencias y Tecnología de la Salud e Ingeniería Eléctrica e Informática y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT.

"Este enfoque es emocionante porque las personas están desarrollando terapias que se activan por proteasa, "Dice Bhatia." Idealmente, le gustaría poder estratificar a los pacientes en función de su actividad de proteasa e identificar cuáles serían buenos candidatos para estas terapias ".

Una vez inyectado en el sitio del tumor, los nanosensores se activan mediante un campo magnético que es inofensivo para los tejidos sanos. Después de interactuar y ser modificado por las proteínas tumorales diana, los sensores se secretan en la orina, donde se pueden detectar fácilmente en menos de una hora.

Bhatia y Polina Anikeeva, el Profesor Asociado de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la promoción de 1942, son los autores principales del artículo, que aparece en la revista Nano letras . Los autores principales del artículo son el postdoctorado del Instituto Koch, Simone Schurle, y el estudiante de posgrado Jaideep Dudani.

Calentar y soltar

Tumores especialmente agresivos, a menudo tienen niveles elevados de proteasa. Estas enzimas ayudan a que los tumores se propaguen al escindir las proteínas que componen la matriz extracelular, que normalmente rodea las células y las mantiene en su lugar.

En 2014, Bhatia y sus colegas informaron sobre el uso de nanopartículas que interactúan con un tipo de proteasa conocida como metaloproteinasas de matriz (MMP) para diagnosticar el cáncer. En ese estudio, los investigadores entregaron nanopartículas que transportan péptidos, o fragmentos de proteína cortos, diseñado para ser escindido por las MMP. Si MMP estaban presentes, cientos de péptidos escindidos se excretarían en la orina, donde podrían detectarse con una simple prueba de papel similar a una prueba de embarazo.

En el nuevo estudio, los investigadores querían adaptar los sensores para que pudieran informar sobre los rasgos de los tumores en una ubicación conocida. Para hacer eso, necesitaban asegurarse de que los sensores solo estuvieran produciendo una señal del órgano objetivo, no se ve afectado por las señales de fondo que podrían producirse en el torrente sanguíneo. Primero diseñaron sensores que podían activarse con luz una vez que alcanzaban su objetivo. Eso requirió el uso de luz ultravioleta, sin embargo, que no penetra mucho en el tejido.

"Empezamos a pensar en qué tipo de energía podríamos usar para penetrar más en el cuerpo, "dice Bhatia, quien también es miembro del Instituto de Ingeniería y Ciencia Médica del MIT.

Para lograr eso, Bhatia se asoció con Anikeeva, que se especializa en el uso de campos magnéticos para activar materiales de forma remota. Los investigadores decidieron encapsular las nanopartículas sensibles a la proteasa de Bhatia junto con las partículas magnéticas que se calientan cuando se exponen a un campo magnético alterno. El campo es producido por una pequeña bobina magnética que cambia de polaridad alrededor de medio millón de veces por segundo.

El material sensible al calor que encapsula las partículas se desintegra a medida que las partículas magnéticas se calientan, permitiendo que se liberen los sensores de proteasa. Sin embargo, las partículas no producen suficiente calor para dañar los tejidos cercanos.

"Ha sido un desafío examinar las actividades de las proteasas específicas de los tumores de los biofluidos de los pacientes porque estas proteasas también están presentes en la sangre y otros órganos, "dice Ji Ho (Joe) Park, profesor asociado de ingeniería biológica y cerebral en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea.

"La fuerza de este trabajo son los nanosensores de proteasa magnetotérmicamente sensibles con capacidad de control espacio-temporal, "dice Park, que no participó en la investigación. "Con estos nanosensores, los investigadores del MIT podrían analizar las actividades de la proteasa involucradas más en la progresión del tumor al reducir significativamente la activación fuera del objetivo ".

Elegir tratamientos

En un estudio de ratones, los investigadores demostraron que podían usar estas partículas para perfilar correctamente diferentes tipos de tumores de colon en función de la cantidad de proteasa que producen.

Tratamientos contra el cáncer basados ​​en proteasas, ahora en ensayos clínicos, consisten en anticuerpos que se dirigen a una proteína tumoral pero que tienen "velos" que evitan que se activen antes de llegar al tumor. Los velos están cortados por proteasas, por lo que esta terapia sería más eficaz para pacientes con niveles elevados de proteasa.

El equipo del MIT también está explorando el uso de este tipo de sensor para obtener imágenes de lesiones cancerosas que se propagan al hígado desde otros órganos. La extirpación quirúrgica de tales lesiones funciona mejor si hay menos de cuatro, por lo que medirlos podría ayudar a los médicos a elegir el mejor tratamiento.

Bhatia dice que este tipo de sensor también podría adaptarse a otros tumores, porque el campo magnético puede penetrar profundamente en el cuerpo. Este enfoque también podría ampliarse para realizar diagnósticos basados ​​en la detección de otros tipos de enzimas, incluidos los que cortan cadenas de azúcar o lípidos.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.